Выходная мощность
Сейчас нас интересуют внутренняя плотность и потоки фотонов в лазерной среде. Выходной поток представляет собой излучение, вышедшее через выходное зеркало М5 с пропусканием 7 Чем меньше величина Г, тем больше отражение (/?5« 1 — Т) и меньше лазерный порог. С другой стороны, если пропускание равно нулю, свет вообще не может выйти из резонатора! Таким образом, с учетом обоих этих обстоятельств существует оптимальная величина отражения. Выходной поток из лазера Фех1 определяется просто, беря половину от внутреннего потока (4.26) (с у четом того, что поток мгновенно распространяется в направлении выходного зеркала), умноженную на пропускание зеркала, что дает:
|
Ф = — Ф Т Ext 2 sat s |
|
(4.29a) |
__________________ 2^Ко.
2dap - In Re- In(l - Ts)
Рисунок 4.8 показывает изменение выходного потока Фех1 в функции 7 Этот график принимает максимальное значение для Т, определяемое соотношением (1п(1 - 7) «-7):
Т, = 72^7^2«/ - 1п Яе - (2а, - 1п ) (4.296)
Другим полезным результатом является соотношение между числом фотонов в резонаторе Р и мощностью внешнего излучения Р к для случая, когда применимо (4.23б) (Я = 1, Т « 1, ар = 0). Для этого рассмотрим временной интервал А/. В течение этого времени доля (?М/с1 от полного числа фотонов Р в резонаторе падает на выходное зеркало (с1 есть длина резонатора), При этом лишь половина этих фотонов имеет правильное направление распространения. Более того, лишь доля Т
Рис. 4.8. Внешний поток фотонов в функции пропускания выходного зеркала лазерного резонатора с полным усилением 2yd величиной 0,5 и потерями 2ad величиной 0,05. Обращаем внимание на существование оптимальной величины пропускания зеркала.
|
Нормированное пропускание выходного зеркала Г |
|
(4.30 a) |
Этих фотонов, каждый из которых обладает энергией Н со, сможет покинуть резонатор, излучая при этом лазерную энергию Р А/ величиной:
Р^ = ~-РТМ
Или:
П 1 Т' 'Р + nhco
|
(4.306) |
=-Tsc—hco = P — 2d тг
Мощность выходного излучения и число фотонов в лазерном резонаторе
Пример----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1. При полном усилении среды 2yd, равном 0,5, пренебрегая пропусканием входного зеркала (Re = 1), пред полагая, что полные паразитные потери 2 ad составляют 0,05 см-1, а также используя (4.296), находим, что оптимальное пропускание составляет 10%.
2. Рассмотрим лазер с газовым резонатором длиной в 1 м, снабженным выходным зеркалом с пропусканием 0,5%.. Фотонное время жизни, определяемое (4.236) составляет г = 2 х 102 см/(5 х 10_3х 3 х 1010 см с-1) = 1,3 мкс. Число фотонов с энергией 1 эВ в этом резона-торе, соответствующее мощности излучения в 1 Вт, дается (4.30) или Р = 1 Вт х 1,3 х 10“6 с/ 1,6 х 10-19 Дж = 8 х 1012 фотонов.
